Eiszeitalter
u.
Gegenwart
48
38 — 49 4 Abb., 2 T a b .
Hannover
1998
Zur Geologie der Deckschichten v o n Kärlich/Mittelrhein WOLFGANG BOENIGK & MANFRED FRECHEN*) Middle Pleistocene, terraces, loess stratigraphy, interglacial paleosoils, heavy minerals, Rhineland, West Germany
K u r z f a s s u n g : Das Profil der Tongrube Kärlich wurde geologisch neu bearbeitet, mit folgenden Ergebnissen: 1. Die Einstufung von Abschnitt A in den JaramilloEvent ist nicht bewiesen. Abschnitt A kann jünger sein und damit in den Bavel-Komplex gehören. 2.Der quartäre Vulkanismus der Osteifel setzt in der Warmzeit ein, die Abschnitt F abschließt. Es gibt Hinweise im Profil von Kärlich, data in der Westeifel der qtiartäre Vulkanismus schon deutlich früher, schon in der Matuyama-Epoche, einsetzte.
5.The "Kärlich Interglacial" the Kärlich Interglacial I (phreatomagmatic tephra Interglacial II from above interglacials are separated or interstadial.
has to be subdivided into from below "Brockentuff" deposits) and a Kärlich this tephra layer. T h e two by at least o n e cold phase
Die
der
3. Eine Unterteilung von Abschnitt G, im Sinne von RAZI RAD (1976), gibt es nicht und hat es nicht gegeben. Alle Sedimente von Abschnitt G zeigen eine Domi nanz v o n brauner Hornblende im Schwermineralspektrum. 4. Abschnitt H ist durch die markanteste Diskordanz des gesamten Profils in Abschnitt H-unten und Abschnitt H-oben geteilt. 5. Das „Kärlicher Interglazial" ist zu unterteilen in ein Kärlicher Interglazial I, unter d e m Brockentuff und ein Kärlicher Interglazial II, über dem Brockentuff. Die beiden Interglaziale sind durch mindestens eine Kaltphase voneinander getrennt.
vielgliedriges Standardprofil für das Mittelpleisto-
[To t h e g e o l o g y o f t h e c o v e r s e d i m e n t s of KärUch/Mittelrhein] A b s t r a c t : T h e section at Kärlich is one o f the most im portant localities in Germany where Pleistocene fluvial sand and gravel as well as loess and loess derivatives are exposed. Based on recent geological investigations the stratigraphy of the cover sediments and the local stratigraphic correlations have to b e reinterpreted. Our investigations indicate that: l . T h e correlation of Unit "Abschnitt" A with the Jaramillo event is under discussion. It ist likely that Unit A is younger and hence, correlated with the Bavelium complex. 2.The Quaternary volcanism o f the East Eifel Volcanic Field began during the interglacial which tops Unit F. However, the volcanism o f the West Eifel VolcanicField began much earlier, most likeley during the Matuyama chron. 3.There are no further subunits in Unit G, as proposed by Razi Rad (1976), indicated by a dominance of brown hornblende in the heavy mineral spectra for all sediments. 4. Unit H is subdivided into Unit H-lower part and Unit H-upper part by a marked unconformity. *) Anschrift der Verfasser: Prof. Dr. W. BOENIGK & DR. M. FRECHEN, Geologisches Institut der Universität zu Köln, Zülpicher Straße 49a, 50674 Köln
Deckschichten
in
Tongrube
Kärlich
( A b b . l ) wurden 1969 von BRUNNACKER et al. um fassend neu beschrieben und sind seitdem als zän des Rheinlandes international bekannt. In der über 25jährigen Folgezeit wurden immer wieder Einzelbeobachtungen veröffentlicht, von
denen
vor allem die Bearbeitung der Flora des Kärlicher Interglazials (BITTMANN 1990, 1991), der Fauna aus Abschnitt G (KOLFSCHOTEN 1990, KOLFSCHOTEN et al. 1990, KOLFSCHOTEN & TURNER 1986) und Datie rungen der vulkanischen Einschaltung mit physi kalischen Methoden (BOGAARD & SCHMINKE 1988, 1990, BOGAARD et al. 1989) zu nennen sind. B O GAARD et al. (1989) kommen aufgrund ihrer Datie rungen der Tephralagen im Deckschiel llenprofil von Kärlich zu der Auffassung, daß erhebliche Teile der Abfolge neu interpretiert werden müs sen. Infolge des fortgeschrittenen Abbaus seit En de der 60er Jahre ist die Verknüpfung der neuen Beobachtungen mit den alten Profilbeschreibun gen nicht immer fehlerfrei. Es erfolgte daher eine vollständige geologische Bestandsaufnahme
für
die älteren Ablagerungen unter der Bezeichnung „Kärlich-Hauptwand"
(Abb.2) (BOENIGK & FRE
CHEN 1998 a) und für die jüngere Abfolge von der Lokalität „Kärlich-Seeufer" (BOENIGK & FRECHEN 1998b).
Die
Hauptergebnisse
dieser
Arbeiten
werden im folgenden zusammenfassend
darge
stellt. Parallel zu den geologischen Untersuchun gen erfolgt eine paläontologische
(KOLFSCHOTEN
& RICHTER 1998) und eine archäologische Bear beitung (VOLLBRECHT 1998, GAUDINSKI 1998). Die Beschreibung
der
Schichten erfolgte
entspre
chend der Unterteilung nach BRUNNACKER et al. (1969), die sich über Jahrzehnte bewährt hat. Die Abschnitte werden als lithologische Einheiten de finiert und die Abgrenzung nicht durch klimastratigraphische Grenzen festgelegt.
39
Zur Geologie der Deckschichten von Kärlich/Mittelrhein
• Remagen Schwalbenberg
® Ahr
m
< 2 0 0 m ü.NN
O
> 2 0 0 m ü.NN
< £ ,
Schlackenkegel
g-SSSÄn,
Abb.l: Übersichtsskizze zur Lage des Arbeitsgebietes
26« 55B4
Fig. 1: Map showing the area of interest and the location of the section at Kärlich in the Neuwied basin, Germany.
Abb.2: Skizze der Abbauwände der quartärzeitlichen Sedimente in der Tongrube Kärlich mit der Hauptabbauwand und dem Profil des Kärlicher Interglazial I und dem Abbauareal von „Kärlich Seeufer" mit der archäologischen Grabung und dem Profil des Kärlicher Interglazial II Fig. 2: The section at Kärlich consists of two main areas o f interest, the main wall with the profile of Kärlich Interglacial I and the excavation area of "Kärlich Seeufer" with the archaeological find horizon and the profile of Kärlich Interglacial II.
1
Tonabbau
/ Arch.Grabung
/ *
pintail
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Halde
Intgl. ||
WOLFGANG BOENIGK & MANFRED FRECHEN
40
LACHERSEETEPHRA HOLOCENE
YOUNGER DRYAS
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Kärlicher v ^ h y t e r g l . II A
_ Kärlicher Intergl. I
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Mosel and local gravel Loess like material
Loess Interglacial soil
^
Ice wedge
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TERTIARY
Rhein gravel
3 CC
Sand
"—
Pumice
\ *
Interglacial fauna molluscs/mamals
^
Flood loam Basalttephra Interglacial flora
A b b . 3: S c h e m a d e r q u a r t ä r e n D e c k s c h i c h t e n f o l g e i n d e r T o n g r u b e K ä r l i c h Fig. 3: Stratigraphic sequence o f the cover sediments from the clay pit at Kärlich.
Abschnitt A
und
spezielle
FRECHEN & VTLLWOCK 1959, BRUNNACKER et al. 1969,
Die Schotteranalysen ergeben einen durch schnittlichen Quarzgehalt in der Fraktion 20-50 mm 0 von 58 % und sind durch Lokalmaterial ge prägt. Die Schwermineralanalysen haben bei allen Bear beitern hohe Anteile an Epidot erbracht, ein we sentliches Indiz für die Ansprache als unterpleistozäne Rheinablagerungen. Darüber hinaus wird
NIGK & FRECHEN 1998a). BOGAARD et al. (1989) be
schreiben Sedimente des Abschnitts A als tektonisch verstellt, und zwar soll dieses tektonische Ereignis zwischen der Ablagerung der Sedimente von Abschnitt A und B stattgefunden haben. B O E NIGK & FRECHEN ( 1 9 9 8 a ) lehnen diese Interpretati
on ab und führen die Verstellung auf Hangrutsch im Spät- bis Postglazial zurück. Zur Petrographie liegen aus den Sedimenten des Abschnitts A Geröllanalyscn von FRECHEN & VILLWOCK ( 1 9 5 9 ) , BRUNNACKER et al. ( 1 9 6 9 ) , RAZI RAD
(1976) und BOENIGK (1978) vor. Die Sandfraktion ist bei FRECHEN & VTLLWOCK ( 1 9 5 9 )
beschrieben,
sich
bei
zur Schwermineral
Die Sedimente des Abschnitts A (Abb. 3) werden als Rinnenablagerungen, eingetieft in den ter tiären Rnubbletten, beschrieben (MORDZIOI 1930, Koci et al. 1973, BOENIGK 1978, FROMM 1987, B O E
finden
Analysen
führung
FRECHEN & VILLWOCK
( 1 9 5 9 ) , RAZI RAD ( 1 9 7 6 ) , BOENIGK (1978) und B O E NIGK & FRECHEN ( 1 9 9 8 a ) .
bei
BOENIGK & FRECHEN (1998) ein Moseleinfluß
beschrieben, der mit einer geringen Pyroxenführung verbunden ist. Diese vulkanischen Mine rale deuten darauf hin, daß schon zu dieser Zeit in der Westeifel qtiartärer Vulkanismus existierte und der Osteifelvulkanismus erst wesentlich spä ter einsetzte.
41
Zur Geologie der Deckschichten von Kärlich/Mittelrhein
Zur Altersbestimmung wurden neben der Ana lyse der petrographischen Zusammensetzung paläomagnetische Messungen durchgeführt (Koci et al. 1973, BOENIGK et al. 1974 und
FROMM
1987). Es wurde in allen drei Bearbeitungen me thodisch unterschiedlich vorgegangen, dennoch ist das Ergebnis gleich: die feinkörnigen Sedi mente sind invers magnetisiert. In den gröberen klastischen Ablagerungen im tieferen Teil und den stärker pedogen überprägten Schluffen im höchsten Teil treten normale magnetische Feldrichtungen auf. Diese können entweder als sekundäre Magnetisierung oder als echte Feld umkehr interpretiert werden. An Fossilien wurde ein Zahn von Hippopotamus sp. aus dem Abschnitt A genannt (BRUNNACKER et al. 1980). Die sedimentologischen Befunde spre chen für ein mäandrierendes Gewässer. Sedimentologie und Fauna zusammen deuten auf intergla ziale Verhältnisse zur Zeit der Ablagerung. Die normalen magnetischen Feldrichtungen im höhe ren Teil können als Jaramillo-Event interpretiert werden. Bei dieser Deutung muß jedoch mit einer großen zeitlichen Lücke zum hangenden Ab schnitt B gerechnet werden, die im Zusammen hang mit der Grobblocklage an der Basis des Haupt- bzw. Rhein-Schotters gesucht werden kann. Es bleibt jedoch auch die Möglichkeit, daß die gemessenen normalen magnetischen Feldrichtungen auf sekundäre Effekte zurückzu führen sind und dieses Interglazial des Abschnitts A in den Zeitraum zwischen Jaramillo-Event und Matuyama/Brunhes-Grenze einzustufen ist. Abschnitt B Der ca. 8 m mächtige, im gesamten Gnibenbereich durchhaltende Schotterkörper (Abb. 3 ) ist komplex aufgebaut, wie schon die Beschreibung bei BRUNNACKER et al. ( 1 9 6 9 ) und
Schwermineralspektrum erkennbar, die, wie für Abschnitt A, auf quartären Vulkanismus in der Westeifel zurückgeführt wird.
BOENIGK et al.
(1974) zeigen (Tab.l). Wie Tab.l zeigt, besteht Abschnitt B aus 4 eigen ständigen Schotterpaketen, die durch Hochflutlehm mit Auenboden bzw. Gley oder Diskordanz mit Blocklage voneinander getrennt werden. Schotteranalysen aus Abschnitt B finden sich bei BRUNNACKER et al. (1969) und BOENIGK (1978). Die
Schwermineralfraktion wurde von FRECHEN & v.d. B O O M (1959), FRECHEN & HEIDE (1969), RAZI RAD (1976) und BOENIGK (1978) untersucht. Die petro graphischen Analysen ergeben, daß man einen älteren Rheinschotter von einem jüngeren Mosel schotter und einem dazwischen liegenden Misch schotter unterscheiden kann. Beim Moselschotter ist eine deutliche vulkanische Komponente im
Tab. 1: Gliederung des quartären Terrassenschot ters in Kärlich nach BRUNNACKER et al. (1969) und BOENIGK et al. (1974) Table 1: Schematic sketch of the Quaternary terrace sediments after BRUNNACKER at al. (1969) and BOENIGK et al. (1974).
BRUNNACKER et al. ( 1 9 6 9 ) BOENIGK et. al. ( 1 9 7 4 )
Abschnitt C Gley Hochflutlehm Auenboden Hochflutlehm Oberer Schotter
Gley Hochflutlehm Auenboden Hochflutlehm Moselschotter (oberer Schotter) brauner Auenboden lehmiger Hochflutsand Rhein-Mosel-Misch schotter mit Eiskeilpseudomorphosen und Kryoturbationen
Abschnitt B Gley Hochflutlehm Hauptschotter Blocklage
Gley Hochflutlehm Rheinschotter Blocklage
Unterer Schotter
nicht erschlossen
Abschnitt A Auenboden, stark pseudovergleyt Schotter
Auenboden, stark pseudovergleyt Schotter
Zur Altersbestimmung wurden die feinkörnigen Lagen des Abschnitts B mit verschiedenen Metho den paläomagnetisch untersucht
(HEYE in B O E
NIGK et al. 1974, Koci in BRUNNACKER et al. 1976,
FROMM 1987). Übereinstimmend wird über eine inverse Magnetisierung der Rheinschotter berich tet. Koci (zit. in BOENIGK 1978) gibt inverse Magnetisiemng für die Hochflutsande auf dem Rhein/Mosel-Mischschotter an. Der die Terrasse abdeckende Hochflutlehm und die überlagern den Deckschichten werden übereinstimmend in allen drei Bearbeitungen als eindeutig normal magnetisiert beschrieben. Bei den Ergebnissen der Messungen an dünnen Sandlinsen in den Schottern muß mit einer nachträglichen Umorientierung der magnetischen Feldrichtung gerechnet werden. Damit bietet sich an, die Umkehr des
42
WOLFGANG BOENIGK & MANFRED FRECHEN
Magnetfeldes von der Matuyama- zur BrunhesEpoche nach der Sedimentation des Hochflutsan des auf dem Mischschotter und vor der Ablagemng des Hochflutlehms auf dem Moselschotter zu suchen.
Boden Abschnitt F. Die Schwermineralanalysen (RAZI RAD 1976, BOENIGK & FRECHEN 1998a) erga
ben, daß Abschnitt F durch die Minerale Zirkon, Epidot, Granat und grüne Hornblende charakteri siert ist. Vulkanische Schwerminerale fehlen. Die se treten zum ersten Mal im Bt der Abschnitt F Eindeutig glaziale Klimaverhältnisse sind nur für abschließenden Bodenbildung auf. den Mischschotter durch EiskeilpseudomorphoBei BRUNNACKER et al. (1969) und BOGAARD et al. sen und Kryoturbationen belegt. Die zahlreichen (1989) wird von einem Tuffband in Abschnitt F Driftblöcke an der Basis von Abschnitt B sind berichtet. Das wäre der Hinweis auf die erste vul ebenfalls Hinweise auf kaltes Klima. Die Hoch kanische Tätigkeit während des Quartärs in der flutlehme mit ihrer pedogenen Überprägung be Osteifel. Die Bearbeitung der Lößprofile am Mit legen dagegen Abschnitte günstigerer Klimabe telrhein hat jedoch ergeben, daß vtilkanische dingungen. Schwerminerale nach dem Einsetzen der vulkani schen Aktivität in der Osteifel durch Verwehung, Abschnitt C - D - E Verspülung und solifluidale Verlagerung in den Über diesen unteren Teil der Deckschichten Deckschichten allgemein und mit großer Häufig (Abb. 3) gibt es wenig neue Information. Es han keit verbreitet sind. Das ist in Abschnitt F nicht der delt sich im wesentlichen um verspülte lößartige Fall. Daraus ergibt sich, daß das Vorhandensein Sedimente mit Solifluktionsdecken (SGIBNEV eines Tuffbandes in Abschnitt F angezweifelt werden muß. Für den Tuff KAE-BT1 (BOGAARD et 1998, BOENIGK & FRECHEN 1998a) mit zwischengeschalteten relativ schwachen Bodenbildungen. al. 1989, SCHIRMER 1990) konnte nachgewiesen Äolische Ablagerungen sind nicht vorhanden. werden, daß dieser Tuff nicht in Abschnitt F, son Die Zusammensetzung des Schwermineralspek- dern in Abschnitt G liegt (BOENIGK & FRECHEN trums (RAZI RAD 1976, BOENIGK & FRECHEN 1998a) 1998a). Für die Tuff-Linse in Abschnitt F bei wird stark durch die Körnung bestimmt. Feinkör BRUNNACKER et al. (1969) ist eine Überprüfung nige Sedimente führen sehr viel Zirkon, sandige nicht mehr möglich. Man könnte dabei an eine zeigen dagegen eine Dominanz des Rheinspek Apophyse des Brockentuffs denken. Solche Apotrums mit vorherrschend Epidot, gefolgt von Gra physen sind in der Grube seit Mitte der 80er Jahre nat, grüner Hornblende und Alterit. Die Fauna, fast durchgängig an der Grenzfläche Ter sowohl die Kleinsäugerfauna wie die Mollusken tiär/Quartär beobachtet worden. Sie sind bei fauna (KOLFSCHOTEN & RICHTER 1998), enthalten in BOGAARD et al. (1989) beschrieben. Solche Apoterglaziale und glaziale Elemente und weisen, wie physen wurden auch in jüngeren Schichten nach die Sedimente, auf Umlagerung und Verspülung gewiesen, auch in Abschnitt F. Abschnitt F ist mit seiner ausgeprägten LößakkLihin. Der Profilabschnitt C - E ist durch wiederholte mulation eindeutig einem Glazial zuzuordnen. Erosion-Akkumulation und Bodenbildung ge Mehrere Naßböden und ein brauner Boden bele kennzeichnet. Eindeutige interglaziale und hoch gen Klimaschwankungen. Die Fauna (BRUNN ACKER 1971, KOLFSCHOTEN & RICHTER 1 9 9 8 ) deutet glaziale Ablagerungen sind nicht vorhanden. auf glaziale Steppenbedingungen. B e i BRUNN ACKER et al. (1969) wird unter Kaltklimaindikato Abschnitt F ren das Auftreten von Eiskeilen erwähnt. Die For Mit der Ablagerung des Abschnitts F tritt im Profil men werden aber nicht beschrieben, weder im von Kärlich zum ersten Mal Löß auf. Es wurde Text noch in den Abbildungen. Diese Eiskeile Schwemmlöß und echter äolischer Löß akkumu werden in späteren Arbeiten (SCHIRMER 1990, liert. Die Ablagerungen sind relativ wenig geglie 1995) zitiert. Da die Sedimente des Abschnitts F dert. Im tieferen Teil kommen Sand- und Kiesla unbestritten glazialzeitlich sedimentiert wurden, gen vor. Die Kiese an der Basis bestehen aus auf ist die Möglichkeit, daß Permafroststrukturen auf gearbeitetem Kieseloolith-Material. Die Sande da treten, durchaus gegeben. Als Beweis sollten die gegen sind von pleistozäner rheinischer Fazies, erwähnten Eiskeilpseudomorphosen jedoch so z.T. fluviatil, im höheren Bereich aber auch äo- lange nicht verwendet werden, bis eine genaue lisch, abgelagert. Neben mehreren schwachen Beschreibung und Lokalisierung vorliegen. Die in Naßböden unterteilt ein markanter brauner den letzten Jahren ZLI beobachtenden Spalten
43
Zur Geologie der Deckschichten von Kärlich/Mittelrhein
sind auf Setzungserscheinungen zurückzuführen (BOENIGK & FRECHEN 1998a). Sie sind damit keine Klimaindikatoren.
und Parabraunerden als Waldböden und warm zeitliche Klein- und Großsäugerfunde (BRUNN ACKER 1971, KOLFSCHOTEN et al. 1990, TURNER 1989, KOLFSCHOTEN & RICHTER
Abschnitt G Bei den Ablagerungen des Abschnitts G handelt es sich um eine bis 7 m mächtige Rinnenfüllung (Abb. 3) von dunkelbraunen Lehmen, die in 5 Rhythmen gegliedert ist (BOENIGK & FRECHEN
1998a). Mehrere dieser Rhythmen sind durch kräftige Bt-Horizonte überprägt. Petrographisch ist Abschnitt G durch die Domi nanz der vulkanischen Minerale im Schwermine ralspektrum gekennzeichnet, und zwar mit einer Vorherrschaft der braunen Hornblende über die Pyroxene, die ihrerseits in den jüngeren Ablage rungen dominieren In Abschnitt G tritt der erste pleistozäne Tuffhorizont der gesamten Abfolge auf. Es ist der Horizont, der bei BOGAARD et al.
(1989) als KAE-BT1 beschrieben ist (vgl. BOENIGK 6 FRECHEN 1998a). Schwermineraluntersuchungen
von
RAZI RAD
43
1998) andererseits
zur
Verfügung. Es finden sich aber auch Faunenele mente, die auf Steppenvegetation deuten (KOLF SCHOTEN & RICHTER 1998). Die Molluskenfauna (LOZEK in BRUNNACKER 1971) deutet ebenfalls auf
eine Lößsteppe als Lebensraum. Das Vorhanden sein von Eiskeilen in Abschnitt G (BRUNNACKER et al. 1969, SCHIRMER 1990, 1995) ist nicht gesichert. Es liegt keine Beschreibung oder Abbildung vor. Bei Berücksichtigung aller Informationen zum Klima kann man feststellen, daß Beweise hoch glazialer Bedingungen nicht vorhanden sind, da gegen finden sich viele Hinweise auf interglaziale bis interstadiale Umweltverhältnisse. Man könn te die gesamte Abfolge von Abschnitt G als Sedi ment einer Warmzeit interpretieren, wobei die Umlagerungen der Sedimente und Beimischung von kaltklimatischen Faunenelementen durch ei ne durch lokalen Vulkanismus vemrsachte insta bile Landoberfläche zu erklären wäre.
(1976) führten zu einer Untergliederung des Ab schnitts G in Abschnitt Ga: Abschnitt ohne vulka Der Interpretation als Ablagerung nur einer nische Schwerminerale und Abschnitt Gb: Sedi Warmzeit stehen zwei Überlegungen entgegen: mente mit Dominanz von brauner Hornblende im 1. Die Bodenbildungen auf Abschnitt F und in Schwermineralspektrum. Abschnitt G sind so kräftig, daß zu ihrer Gene se eine längere Zeit benötigt wird. BOENIGK & FRECHEN (1998a) konnten zeigen, daß seit der interglazialen Bodenbildung auf Ab 2. Der Übergang von Mimomys in Abschnitt F zu Arvicola in Abschnitt G (KOLFSCHOTEN & RICH schnitt F die braune Hornblende durchgängig in TER 1998) sollte ebenfalls einen längeren Zeit Abschnitt G dominiert. Ein Abschnitt Ga ist im abschnitt repräsentieren. Gelände von keinem Bearbeiter beschrieben worden. Die Analysen von RAZI RAD (1976) wur Abschnitt H den an Archivmaterial durchgeführt. Eine Ver knüpfung dieser Proben mit in der Literatur be Im Gegensatz zum kräftig gefärbten Abschnitt G schriebenen Profilen ist nicht möglich. Es muß ist Abschnitt H stärker durch graue Farbtöne ge angenommen werden, daß es zu einer Verwechs kennzeichnet. Abschnitt H ist petrographisch im lung der Zuordnung der Proben gekommen ist. Gegensatz zu Abschnitt G durch das Einsetzen Die Untergliedemng von Abschnitt G aufgrund der Vorherrschaft der Klinopyroxene im Schwerder Schwermineralführung hat keinen realen Hin mineralspektmm charakterisiert. Die Obergrenze tergrund und muß ersatzlos zurückgenommen von Abschnitt H wird wie bei BRUNNACKER et al. werden. Die bei KOLFSCHOTEN et al. (1990) und (1969) an die Basis des Kärlicher Brockentuffs ge KOLFSCHOTEN & TURNER (1996)
vorgenommene
legt (Abb. 3), der im gesamten Aufschlußbereich einen gut faßbaren Leithorizont darstellt. Die Er weiterung des Abschnitts H auch auf Sedimente im Hangenden des Brockentuffs (BOSINSKI et al. 1980, SCHIRMER 1990, 1995) wird abgelehnt, weil dadurch eine klare Abgrenzung unmöglich wird. Die Ablagemngen von Abschnitt H bestehen aus Für eine klimatische Interpretation der durch Ab mehreren Rhythmen von Erosion, Verspülung, schnitt G repräsentierten Zeitspanne stehen als Fließerde, z. T . Löß und Bodenbildung und wer Befunde Fließerden und Abspülsedimente als In den durch eine ausgeprägte Diskordanz (Abb. 3) dikatoren einer offenen Vegetation einerseits in einen unteren und einen oberen Abschnitt unUnterteilung von Abschnitt G erfolgte anhand des Tuffhorizontes KAE-BT1 in einen darunter liegen den Teil und einen jüngeren Teil. Diese Auftei lung hat nichts mit der Gliederung bei RAZI RAD (1976) zu tun, auch wenn die Bezeichnungen Ga und G b verwendet werden.
44
WOLFGANG BOENIGK & MANFRED FRECHEN
terteilt. Die auffälligste Erscheinung in Abschnitt H sind die vulkanischen Tuffe aus Bims- und Ba salt-Material. Für die phonolithischen Tephren aus dem Ab schnitt H liegen Ar/39Ar-Datierungen vor (LIP40
POLT et al. 1986, BOGAARD & SCHMINCKE 1988, BOGAARD et al. 1989, SCHMINCKE 1994), die die
1990, Ab
lagerungen des Abschnitts H in den Zeitraum um 450 ka datieren. Glaziales Klima ist für Abschnitt H in mehreren Horizonten durch Löß, Froststruk turen und Eiskeile nachgewiesen. Die Bodenho rizonte deuten auf wiederholte warmzeitliche B e dingungen (BOENIGK & FRECHEN 1998a). Intergla ziale Bedingungen werden nur im höheren Teil im „Kärlicher Interglazial" erreicht. FRECHEN &
ROSAUER (1959)
und
MÜCKENHAUSEN
(1959) beschreiben unter dem Brockentuff eine Braunerde und BRUNNACKER et al. (1969) eine Parabraunerde. Diese Bodenbildung ist in den letz ten Jahren im Aufschluß Kärlich nur noch mit dem Kalkanreichemngshorizont und der dazu gehörigen Molluskenfauna in der hangenden Fließerde erhalten. Der A- und auch der B-Hori zont sind während der starken Abtragungsphase, die H-unten von H-oben trennt (Abb. 3), entfernt worden. Die Molluskenfauna wird von LOZEK (in BRUNNACKER 1971) und
ROTH (1995) als warmzeit
lich beschrieben. Die Sedimente von Abschnitt H-oben verlangen eine besondere Beachtung, da diese Ablagerun gen die Typ-Sedimente des „Kärlicher Interglazials" (BRUNNACKER et al. 1975) nach BRUNNACKER et
al. (1969) und BRUNNACKER (1971) darstellen. Von URBAN (1978) und BOSINSKI et al. (1980) wur de der Begriff „Kärlicher Interglazial" auch auf Se dimente im Hangenden des Kärlicher Brocken tuffs übertragen. Da diese Sedimente pollenana lytisch untersucht werden konnten, wurde der Begriff „Kärlicher Interglazial" zunehmend auf diese jüngeren Ablagerungen bezogen. Um Miß verständnissen vorzubeugen, wurde von BOENIGK (1995a, b) vorgeschlagen, das ursprünglich iden tifizierte Interglazial im Liegenden des Brocken tuffs (BRUNNACKER et al. 1969, BRUNNACKER 1971),
belegt durch eine Parabraunerde und eine inter glaziale Molluskenfauna in der darüber liegenden Fließerde aus Bodenmaterial als „Kärlicher Inter glazial I" und das Interglazial, das pollenanaly tisch in den Sedimenten im Hangenden des Kär licher Brockentuffs nachgewiesen ist, als „Kär licher Interglazial II" zu bezeichnen. Zwischen diesen beiden warmklimatischen Phasen liegen nach dem heutigen Kenntnisstand mindestens (BOENIGK & FRECHEN 1998a):
- eine Erosionsphase, die die Parabraunerde bis auf den Cc-Horizont kappt - die Sedimentation einer Fließerde aus Boden material mit einer Molluskenfauna eines trocke nen, warmen Klimas - eine schwache pedogene Überprägung mit in tensiver Bioturbation - die Sedimentation einer weiteren Fließerde decke mit einer Molluskenfauna eines intergla zialen Waldes - eine geringe Pseudovergleyung der Fließerde - die Ablagerung des Kärlicher Brockentuffs - der Versturz des Kärlicher Brockentuffs mit Bil dung der Depression, in der die Sedimente des „Kärlicher Interglazials II" liegen. Aus dem Brockentuff wurden 4 Phlogopit-Einzelkristalle aus dem Kärlicher Brockentuff (KAEBT4) mit der 40Ar/39Ar-Methode datiert und ein Alter von 396 ± 20 ka ermittelt (BOGAARD et al. 1989). Die Eruption würde damit in der zweiten Hälfte des Interglazials von „stage 11" der Sauer stoff-Isotopenkurve liegen, und man müßte eine voll entwickelte Parabraunerde im Liegenden vorfinden. Das ist aber nicht der Fall. Mikromor phologische Bodenuntersuchungen geben kei nerlei Hinweis auf eine Braunerde oder Pa rabraunerde (BOENIGK et al. 1998). Der Gelän debefund zeigt, daß schwach pedogen überpräg te Fließerden mit umgelagerten warmzeitlichen Mollusken zu finden sind, die die Ablageningen einem Frühglazial zuordnen. Dieser Befund wird bestätigt durch eine neuere Datierung durch B O GAARD (Vortrag: DFG-Abschlußkolloquium zum „Quartär der Eifel" am 11. 6. 1997), die den Brockentuff in den Anfang von „stage 10" (Abb. 4) stellt. Damit müssen „Kärlicher Interglazial I" und „Kärlicher Interglazial II" streng voneinander ge trennt werden. Die warmklimatischen Florenre ste, von denen SCHIRMER (1990) von der Basis des Brockentuff berichtet, können als kurze Klima besserung in einem Interstadial angesprochen werden. Abschnitt J Abschnitt J beginnt mit dem im gesamten Gru benbezirk vertretenen mehrere m-mächtigen Kär licher Brockentuff. Darüber folgt in der Regel jungweichselzeitlicher Löß mit Resten von Laa cher-See-Tuff. Nur im Osten ist die Abfolge kom plexer ausgebildet. Als erster beschreibt SCHIRMER (1970) und dann ROHDENBURG & SEMMEL (1971) eine Deckschichtenfolge, die durch eine Pa rabraunerde und verschiedene interstadiale Böden untergliedert ist. Seit 1980 waren in der
Zur Geologie der Deckschichten von Kärlich/Mittelrhein
SPECMAP Stack 2
1
0
-
1
—4
^
—
200
->
-
J
- 10
-•V
KAE-BT4
11
H 1 2 ^ ^ K A E - D T 1 % 500
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>
13
K
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-
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F
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-
17
18 800
-
•^
= a >
5 -
19 M —
20
Abb. 4: Die SPECMAP-Sauerstoffisotopenkurve nach BASSINOT et al. (1994) mit den Daten der Ar/Ar-Datierungen aus Kärlich nach LIPPOLT et al. (1986) und
KRÖGER et
al.
Unmittelbar nach der Bildung der Depression kam es zu Rutschungen, durch die Terrassen schotter, Löß und Brockentuff als Schollen oder als Hangschutt in die Senke verlagert wurden. Da nach bildete sich ein See, der mit zum Hangenden feiner werdenden Sedimenten, von Sand über Ton zur rein organischen Mudde gefüllt wurde. Die Mudde ist im zentralen Teil der Senke fein körnig, am Rand grob mit vielen Holzresten. Auf diese Mudde legen sich Muren oder sandige de bris flows in mehreren Paketen. Sie fallen steil von Südwesten in die Senke ein (BOENIGK & FRE
- 14
700
1991,
führen ist (BOENIGK & FRECHEN 1998b).
8
—
BITTMANN 1990,
1991, BITTMANN & MÜLLER 1996). Wie oben ausge führt, müssen diese interglazialen Ablagerungen als „Kärlicher Interglazial II" bezeichnet werden. Die vollständigste Entwicklung der Sedimentab folge über dem Brockentuff ist in der Depression in der SE-Ecke der Tongrube erschlossen und als Lokalität „Kärlich Seeufer" (Abb. 2) bezeichnet. Es wird angenommen, daß die Depression auf vulkanotektonische Ereignisse im Zusammenhang mit phreatomagmatischer Eruption zurückzu
-2% i
i
i
(URBAN 1983,
45
BOGAARD &
SCHMINCKE (1988, 1990)
sowie v.d. BOGAARD (1997, Vortrag zum DFG-Ab schluß-Kolloquium „Quartär der Eifel"). Die Posi tion der M/B-Grenze ist nach TAUXE et al. (1996) eingetragen. Fig. 4: Chronological results o f the Kärlich site; SPECMAP curve after BASSINOT et al. ( 1 9 9 4 ) and B / M boundary after TAUXE et al. ( 1 9 9 6 ) , Ar/Ar data from LIPPOLT et al. ( 1 9 8 6 ) , BOGAARD & SCHMINCKE ( 1 9 8 8 , 1990) and v. d. BOGAARD (oral presentation during the 1 9 9 7 seminar "Quaternary o f the Eifel Area", German Science Foundation).
Südostecke der Grube in einer Depression humose Sedimente erschlossen, die aufgntnd ihres Flo ren-Inhaltes in eine Warmzeit eingestuft wurden
CHEN 1998 b), was auf einen Transport von Süden bzw. Südwesten in die Depression deutet. Die einzelnen debris flows sind durch Hiaten vonein ander getrennt, was sich durch geringe Aufarbei tung durch fließendes Wasser an der jeweiligen Oberfläche zeigt. Sie haben eine relativ gleich mäßige Mächtigkeit von ca. 1 m, enden mit steiler Stirn und sind übereinander und z. T. nebenein ander gelagert. Das Material der debris flows be steht aus aufgearbeitetem Brockentuff. Es ist schlecht sortiert und zeigt keine interne Schich tung. Die Gesamtmächtigkeit dieser Ablagerun gen beträgt maximal 240 cm. Dies ist die archäo logische Fundschicht von „Kärlich Seeufer" (GAUDINSKI et al. 1996). Der Abgang der debris flows fällt in eine Phase von Klimaverschlechterung und Übergang der Vegetation vom interglazialen Wald , „Kärlicher Interglazial II", in eine Waldtun dra bis Tundra, wie die Untersuchungen von BITTMANN (1991) zeigen. Über den Ablagerungen der debris flows folgen dunkelgraue Tone und Silte mit mud flows und drei geringmächtigen humusreichen Mudden bzw. Torfen, die in einem Sumpfgebiet mit zeit weise offener Wasserfläche sedimentiert wurden. Klimatisch umfaßt diese Abfolge einen Wechsel von stadialen und interstadialen Bedingungen (BITTMANN 1991). Über der jüngsten Schicht mit hohem organischen Anteil erfolgt ein signifikan ter Wechsel im Sediment. Es dominieren braune Farben. Die Ablagerungen bestehen aus gut ge-
stage d 0 18
Mittelrhein
vulkanische Minerale
Miesenheim I
Kärlich L Parabraunerde Löß
Ariendorf
Holozän
Parabraunerde
Glazial
Löß-Decke III
Niederrhein
Niederlande
BOENIGK 1995 ergänzt
ZAGWIJN 1985 verändert
Holozän 1
Parabraunerde
Interglazial
Parabraunerde
stadiale+interstad. Flora
Glazial
Löß-Decke II
Seeabi.m. Flora
Kärlicher Intergl II
Parabraunerde
NT
I
viel Pyroxen
Brockentuff
H
Bims u. Basalttuff Parabraunerde
13
kaltzeitl. Glazial Interglazial
Bims u. Basalttuff Interglazial
mMT warmzeitl.
Holsteinian ?
MT III Frimmersdorfer Intergl. -
I ü
Elsterian MT II
Intergl. IV
Niederaußemer Intergl.
0 5
MTI
Lingsfort-Beds
Glazial C
HTIV? Interglazial
Erosion Mlmomys Löß Bodenbildung
16 sehr wenig vulkanische Minerale
B_ M
a
Ariendorfer Intergl.
Kärlicher Intergl. I
Saalian
Intergl. Fauna _Arylcola^ Parabraunerde
19 20
Eemian
MT IV Kempen-Krefelder Intergl.
Löß-Decke I
Parabraunerde viel braune Hornblende
Weeze Interglazial äa
I" Löß, Eiskeile
12
Weichselian
äb
Glazial
jHT Schotter
HT IM
Rosmalen-Zone
HT II
Weert-Zone
Intergl. III
<;
Glazial B
CH
UJ Intergl. II
,
Woensel-Zone
B
Bodenbildung Fließerde Hochflutlehm Hochflutlehm SchotterEiskeile Hochflutlehm Schotter Driftblöcke Hochflut ehm Schotter
o CH
o
Interglazial Glazial
Glazial A Intergl. I ? HTI
Interglazial
=
Sterksel-Zone Leerdam Interglazial ?
Zur Geologie der Deckschichten von Kärlich/Mittelrhein
bankten lehmigen Hangabspülungen. Zwei gut erkennbare Pseudogleye sind eingeschaltet. D e n Abschluß bildet der Rest eines sehr kräftigen BtHorizontes mit unterlagerndem Kalkanreiche rungshorizont. Darüber akkumulierte gelbbeiger, frischer kalkhaltiger Löß bis zur künstlichen Oberfläche. Chronostratigraphie
47
Kärlicher Interglazial II trennt, vor. Eine neuere physikalische Datierung führt zu einer Einstufung des Tuffs in stage 10 der Sauerstoffisotopenkurve, eine Kaltphase. Die warmklimatischen Ablage ningen von Kärlicher Interglazial I und II sind da mit durch mindestens eine Kaltphase voneinan der getrennt. Die Schichtenfolge über dem Kärli cher Interglazial II liefert keine genaueren Einstu fungsmöglichkeiten. Es scheint festzustehen, wie die Beobachtungen im Aufschluß Kärlich Seeufer
In Tabelle 2 sind die lokalen Stratigraphien vom und die Arbeiten von SCHIRMER (1970) und R O H Mittelrhein den Abfolgen vom Niederrhein und DEMBURG & SEMMEL (1971) beschreiben, daß min den Niederlanden gegenübergestellt. Die Korre destens ein Interglazial, belegt durch einen kräfti lation erfolgt im ersten Ansatz aufgrund der pegen Bt-Horizont, im Hangenden vom Kärlicher trographischen Zusammensetzung der Ablage Interglazial II vorhanden ist. ningen. Dabei wird vor allem das Auftreten der Die Korrelation mit den anderen Stratigraphien Schwerminerale des quartären Fäfelvulkanismus (Tab. 2) scheint in sich stimmig. Es ergibt sich in den Sedimenten herangezogen.. Der Wechsel aber für das Profil Ariendorf ein Widerspruch zwi im Schwermineralspektnim im Top von Abschnitt schen der Deckschichtenstratigraphie und der F, mit dem ersten Einsetzen des quartären Eifelphysikalischen Datierung des Bimses über der vulkanismus, und im Top von Abschnitt G, mit jüngsten fossilen Parabraunerde, die ein Alter von dem Wechsel der Dominanz von brauner Horn 215 ka (BOGAARD & SCHMINCKE 1990) erbrachte. blende zur Dominanz von Pyroxen, liefert zwei Dieser Wert datiert die Parabraunerde in ein In Leitmarken. Darüber hinaus wird die Brunterglazial, das älter als Eem-zeitlich ist, was an hes/Matuyama-Grenze in Abschnitt B zur Datie hand der Deckschichtenfolge nicht zu erwarten rung der Abfolge herangezogen. Die Verknüp ist und auch durch die Säugerfauna dieses Profils fung des Abschnitts A mit dem Jaramillo-Event nicht gestützt wird (STEENSMA & KOLFSCHOTEN scheint nach den vorliegenden Daten möglich, ist 1998). Man müßte annehmen, daß in allen aufge aber nicht bewiesen. Ein jüngeres Alter für Ab führten Stratigraphien im jüngeren Mittelpleistoschnitt A, Leerdam Interglazial, ist aus der Sedi zän ein voller Glazial/Interglazial-Zyklus fehlt. mentabfolge wahrscheinlicher. Als drittes Argu Unterstützt wird diese These durch ein Abzählen ment werden die physikalischen Datierungen der der Sauerstoffisotopenstadien. Akzeptiert man Bimse in Abschnitt H (BOGAARD & SCHMINCKC das Fehlen eines Klimazykhis, dann ist die Korre 1988, 1990) herangezogen, die den kaltklimati lation in Tabelle 2 für das jüngste Mittelpleistozän schen Abschnitt auf ca. 4 5 0 ka festlegen und und Jungpleistozän nicht mehr vertrauenswürdig. damit eine Korrelation mit stage 12 der Sauerstoff isotopenkurve aus dem marinen Bereich erlau ben. Im nächsten Schritt werden die Klimaindikatoren Dank: für die Abfolge von Glazial/Interglazial-Zyklen Wir bedanken uns bei der DFG ( B o 413/5-1,2,3) ausgewertet. Das führt zur Verknüpfung von Ab für finanzielle Unterstützung der Forschungs schnitt F, mit seinen eindeutig glazial geprägten arbeiten. Sedimenten, mit stage 16 (Abb. 4). Auf eine wei tergehende Verknüpfung der Abfolge von Kärlich mit der Sauerstoffisotopen-Kurve wird verzichtet, Literaturverzeichnis da keine eindeutigen Belege vorliegen. BASSINOT, F. C., LABEYRIE L. D., VINCENT, E., QUIDELLEUR, Größere Unstimmigkeiten ergeben sich vor allem X., SHACKLETON N. J . & LANCELOT, Y . ( 1 9 9 4 ) : T h e bei der Korrelation von Abschnitt J mit den ande astronomical theory o f climate and the age o f the Bmnhes-Matuyama magnetic reversal. - Earth and ren Stratigraphien. Zum einen ist das Alter der Planetary Science Letters, 1226: 9 1 - 1 0 8 ; Amster Seeablagerungen des Kärlicher Interglazials II un dam. sicher, denn die palynologische Interpretation BITTMANN, F. ( 1 9 9 0 ) : Neue biostratigraphische Korrelie stimmt nicht mit den Befunden zur Säugerfauna rung des Kärlicher Interglazials (Neuwieder aus Kärlich Abschnitt G. Zum anderen liegen Becken/Mittelrhein). - In: W . SCHIRMER (Hrsg.): unterschiedliche Ergebnisse zur Datierung des Rheingeschichte zwischen Mosel und Maas. - D e u qua Führer 1; 6 7 - 7 0 ; Dormagen. Brockentuffs, der das Kärlicher Interglazial I vom
4S
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Manuskript eingegangen am 14. November 1997